25 a 28 de Outubro de 2011
ISBN 978-85-8084-055-1
COMPARAÇÃO ENTRE AS TÉCNICAS DOS COMPOSTOS ORGÂNICOS
VOLÁTEIS
Vanessa Pinheiro da Silva1, Fabrício Wesley da Rocha2
RESUMO: O presente trabalho tem como objetivo mostrar de forma bibliografia as diferentes técnicas dos
compostos orgânicos voláteis COV’s além de enfatizar suas vantagens e desvantagens, para tanto será
abordado os métodos diretos e indiretos das respectivas técnicas.
PALAVRAS-CHAVE: Compostos orgânicos voláteis, indústrias, meio ambiente.
1 INTRODUÇÃO
Atualmente, a poluição do ar e seus impactos sobre o meio ambiente e a saúde
do homem se tornaram uma questão de grande interesse público, impulsionando a busca
por novas técnicas e pesquisas para o tratamento e o controle eficiente das emissões.
Dentre os vários contaminantes atmosféricos, destacam-se os compostos
orgânicos voláteis (COVs), que são definidos como compostos contendo carbono, com
alta pressão de vapor, facilmente vaporizados nas condições de temperatura e pressão
ambiente (Khan e Ghoshal, 2000; Shirmer, 2008).
Destaca-se que os principais problemas da poluição por compostos orgânicos
voláteis é a formação do smog fotoquímico. Este fenômeno ocorre quando os vapores dos
COVs, presentes em excesso na atmosfera reagem com o oxigênio atômico para formar
radicais livres que reagem com o dióxido de nitrogênio formando mais ozônio e dióxido de
nitrogênio (Alves, 2005).
Os efeitos tóxicos também estão entre os problemas causados por estes
compostos, que podem ser carcinogênicos e causar danos à pele, sistema nervoso,
olhos, rins, dentre outros órgãos humanos (Lou et al., 2009).
Vale salientar que as técnicas para o controle das emissões de COVs podem ser
divididas basicamente em dois grupos. O primeiro grupo é um método indireto de
controle, pois é realizado na fonte, através da modificação do processo e/ou dos
equipamentos. As modificações incluem a substituição de matérias primas, programas de
reparo e manutenção dos equipamentos e instalação de dispositivos para conter as
emissões. A aplicabilidade deste primeiro grupo é limitada, uma vez que geralmente a
modificação do processo e/ou do equipamento não é possível (Khan e Ghoshal, 2000).
1
Graduada pelo curso superior de Tecnologia em Alimentos na Universidade Tecnológica Federal do Paraná UTFPRCampo Mourão e mestranda em disciplinas do mestrado em Engenharia na Universidade Estadual de CampinasUNICAMP.
2
Graduado pelo curso superior de Tecnologia em Alimentos na Universidade Tecnológica Federal do Paraná UTFPRCampo Mourão e graduado pelo curso de Turismo pela Universidade Estadual do Paraná, mestrando em disciplinas na
Universidade Estadual de Campinas na área de engenharia- UNICAMP.
Anais Eletrônico
VII Encontro Internacional de Produção Científica Cesumar
CESUMAR – Centro Universitário de Maringá
Maringá - Paraná
O segundo grupo é um método direto de tratamento que inclui técnicas
destrutivas ou recuperativas dos compostos orgânicos voláteis emitidos pelas correntes
industriais. Este trabalho tem como objetivo apresentar as diferentes opções de
tratamento de compostos orgânicos voláteis, expondo as principais características,
vantagens e desvantagens de cada técnica.
2 MATERIAL E MÉTODOS
Este trabalho teve como finalidade, levantar bibliograficamente assuntos que se
retratam sobre os compostos orgânicos voláteis, enfatizando suas diferentes técnicas.
As técnicas encontradas sobre os compostos orgânicos voláteis são:
Figura 1: Técnicas de Tratamentos COV’s
3 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Técnicas destrutivas dos compostos orgânicos voláteis:
As técnicas destrutivas incluem os diferentes tipos de oxidação (térmica, catalítica)
e, também, a digestão dos compostos por microorganismos pela biofiltração. A escolha da
técnica adequada depende da concentração de combustível na corrente de gás, vazão do
processo, controle necessário, presença ou não de contaminantes na corrente do efluente
e avaliação econômica.
Incineração via chama direta (Flare): Os flares são equipamentos que estão localizados
no ponto de emissão dos poluentes e que promovem a queima destes, em espaço aberto.
São aplicados no tratamento de misturas poluentes com alta concentração de COVs,
podendo estar acima do limite inferior de inflamabilidade. São geralmente utilizados em
refinarias de petróleo e indústrias petroquímicas e como podem tolerar grandes variações
de fluxo (Almeida, 2005).
Alguns dos problemas associados com a operação dos flares são relacionados à
(ao): radiação térmica, pois o calor desprendido pode não ser aceito na área;
luminosidade, pois a luz emitida pela chama pode ser incômoda para área urbana; ruído,
pois o som provocado pelo Venturi pode incomodar vizinhos próximos; fumaça, pois a
combustão incompleta pode provocar emissões de gases tóxicos e; consumo de energia,
pela necessidade de manter a chama piloto acessa constantemente.
Oxidação Térmica: A oxidação ou incineração térmica é um método bastante eficaz para
a eliminação de gases e vapores de origem orgânica, sendo o método de tratamento mais
utilizado em refinarias de petróleo. O processo de incineração térmica utiliza temperaturas
que variam de 700 a 1000ºC dependendo do tipo e concentração do material. A
capacidade dos incineradores pode variar de 1000 a 500.000 ft3/min com tempos de
residência de 0,5 a 1 segundo. A faixa de concentração varia de 100 a 2000 ppm e é
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geralmente mais aplicável para correntes gasosas com concentrações de COV superiores
a 1000 ppm. (Shirmer, 2008; Khan e Goshal, 2000). Entre as vantagens deste processo
está a possibilidade de recuperação de calor, que dependendo das características de
operação, pode operar sem a necessidade de combustível auxiliar (Khan e Goshal, 2000).
Oxidação catalítica: A oxidação catalítica é similar ao processo térmico. A principal
diferença é que o sistema catalítico opera tem temperaturas mais baixas, entre 300 e
500ºC e podem alcançar uma velocidade de reação muito superior à do processo térmico,
pelo uso de catalisadores que diminuem a energia da reação de oxidação.
Os incineradores catalíticos são tipos especiais de incineradores, em que uma
corrente gasosa passa através de uma camada de catalisadores chamada de leito
catalítico, que pode ser fixo ou fluidizado. A capacidade destes equipamentos é de 1000 a
100.000 ft3/min para concentrações entre 100 a 2000 ppm (Khan e Ghoshal, 2000).
A principal vantagem do incinerador catalítico sobre o incinerador térmico é o baixo
custo operacional devido a menor quantidade de combustível auxiliar requerida (pelo uso
de temperaturas inferiores). As desvantagens são problemas de disponibilidade do
catalisador, redução ou perda de atividade catalítica, que são sensíveis a temperaturas
superiores a 650ºC.
Biofiltração:O processo de biofiltração, que originalmente foi desenvolvido para tratar
compostos responsáveis por odores industriais, tem se mostrado um método de baixo
custo e eficiente para a remoção de COV’s produzidos durante diversas atividades. A
técnica está baseada na capacidade de microorganismos converterem, sob condições
aeróbias, poluentes orgânicos em água, dióxido de carbono e biomassa (Khan e Ghoshal,
2000).
O biofiltro consiste de um leito empacotado envolvido com uma microflora
imobilizada, através do qual fluirá o ar poluído. Primeiramente, o contaminante na fase
gasosa atravessa a interface entre o fluxo gasoso e o biofilme aquoso que circunda o
meio sólido. (Shirmer, 2008).
Técnicas recuperativas dos COV’s
Absorção: Consiste na transferência de um componente (absorbato) presente em fase
gasosa (gás de arraste) para um líquido (absorvente). Mais especificamente, no controle
de poluição do ar, a absorção envolve a remoção de um contaminante gasoso de uma
corrente gasosa por sua dissolução em um líquido.
É um processo de transferência de massa devido a uma diferença de concentração
entre os meios presentes. Esta transferência ocorre até que continue havendo diferença
de concentração nos meios envolvidos. Entretanto, o equilíbrio não é tão facilmente
atingido, uma vez que a diferença de concentração depende da solubilidade do soluto
(Shirmer, 2008). A técnica de absorção apresenta boa eficiência, o processo e o
equipamento são simples e permitem utilizar uma ampla faixa de concentração.
Adsorção: Adsorção é uma técnica utilizada para remoção de poluentes em
concentrações relativamente baixas de uma corrente de gás, retendo-os em um sólido
com grande área superficial, que poderá ser utilizado o carvão ativado ou um material
cristalino com alta porosidade interna que retém o poluente por meio de forças
intermoleculares (Martins, 2004).
A técnica de adsorção é preferencialmente utilizada no método de separações de
poluentes, nas situações em que: O poluente é o valor se recuperado (fluidos de limpeza
a seco); A concentração é muito pequena (odores);O poluente não pode ser oxidado
(gases radioativos de reatores nucleares); O poluente é um veneno (proteção respiratória
para o pessoal do exercito e de emergências); Ar em espaço confinado para ser
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purificado (submarino). O processo de adsorção é conhecido como importante fenômeno
nos processos físicos, químicos ou ainda biológico (Weber, 1992).
Condensação:Condensação é a liquefação de contaminantes condensados através de
baixas temperaturas. Os compostos são removidos da fase gasosa e resfriados a uma
temperatura na qual a sua pressão parcial fugacidade no fluxo de gás excede seu ponto
de orvalho então eles se transformam em líquido (Hunter, 2000).
Condensação é um método de redução de um gás/vapor a um estado líquido.
Quando uma corrente gasosa quente contata uma superfície resfriada do condensador, o
calor é transferido deste vapor para a superfície fria. As condições para que as
condensações ocorram são:
Baixas temperaturas, para propiciar a redução da energia cinética das moléculas;
Altas pressões, a fim de propiciar a redução da energia cinéticas das moléculas.
A condensação pode ocorrer em três formas, tais como:
Primeiro: A uma dada temperatura, a pressão do sistema é aumentada
(compreensão do volume do gás) até que a pressão parcial do poluente na corrente
gasosa iguale a sua pressão de vapor; Segundo: a uma dada pressão (fixa), o gás é
resfriado até que a pressão parcial do gás iguale à sua pressão de vapor e terceiro: pela
combinação da relação compreensão/resfriamento do gás até que a pressão parcial
iguale a sua pressão de vapor.
Separação por membranas: A separação por membranas é uma técnica bastante
desenvolvida, existem aproximadamente sessenta sistemas de filtração por membranas
que tem sido instaladas para a recuperação de COVs. A tecnologia tem sido utilizada por
diversas décadas em indústrias de processos químicos e plantas de tratamentos de água
potável (Hunter, 2000).É uma técnica recente, tendo sido reportada somente a partir da
década de 1960. A partir deste momento a sua aplicação tem sido multiplicado sendo
utilizada nos mais variados propósitos (Khan e Ghoshal, 2000).
Comparação entre as técnicas envolvidas:
Tabela 1. Comparação dos parâmetros envolvidos nas diferentes técnicas de tratamento de
COVs.
Técnica
Eficiência
remoção
T operação
(ºC).
Custo
3
-1
($/ft .min )
Incineração térmica
90-98
500-1100ºC
15-150
Incineração catalítica
90-98
220-480ºC
15-90
Biofiltração
Condensação
Absorção
80-99
70-85
90-99
50-105ºC
Ambiente
Não há limite
15-75
20-120
25-120
Adsorção
90-99
< 50ºC
10-35
Membrana
>90
Ambiente
15-30
Resíduo
gerado
Produtos de
combustão
Produtos de
combustão
Biomassa
Condensado
Água residual
Orgânicos
coletados
Membranas
exauridas
4 CONCLUSÕES
O tratamento destrutivo ou recuperativo dos compostos orgânicos voláteis é
justificado pelos inúmeros problemas ocasionados pelas perdas destes compostos. As
conseqüências destas perdas vão desde os efeitos nocivos que estas substâncias
orgânicas causam à saúde e ao meio ambiente até as grandes perdas financeiras
envolvidas, uma vez que toneladas de produtos são lançadas na atmosfera.
Por este motivo, percebe-se que pesquisados devem cada vez mais buscar fontes,
conceitos que fazem que retratem este assunto.
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REFERÊNCIAS
ALVES, M. M. Concepção e estudo e um biofiltro para tratamento de compostos
orgânicos voláteis – COVs. Tese de doutorado (Depto. Eng. Química), Universidade
Federal do Rio Grande do Norte, 2005
P.HUNTER; S.T.Oyama. Control of volatile Organic Compound Emissions. New YorkN.Y., 2000.279p (Capitulos 1 e 2).
KHAN, F.I., GHOSHAL, A.K. (2000). Removal of volatile organic compounds from polluted
air. Journal of loss prevention in the process industries, v.13, pp.527-545.
WEBER, W.J. (1992). Physico-chemical process for water quality control.USA: John
Wiley & Sons.
LOU, J-C., YANG, H-W., LIN, C-H. Preparing copper/manganese catalyst by sol–gel
process for catalytic incineration of VOCs. Aerosol and Air Quality Research, n. 9, p.435440, 2009.
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